ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ ИЗДЕЛИЕ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 C04B38/00 C04B111/20 C04B111/40 E04B1/06 E04G21/12 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления железобетонных шпал и брусьев.

Требования к бетону для железобетонных шпал и брусьев указаны в ГОСТ 33320-2015 и ГОСТ 32942-2022. Класс бетона по прочности на сжатие для всех типов шпал и брусьев должен быть не ниже В40 и не менее В 50 для шпал и брусьев с повышенными гарантийными обязательствами. Марка бетона по морозостойкости для всех типов шпал и брусьев должна быть не ниже F₁200, а для шпал и брусьев с повышенными гарантийными обязательствами не ниже F₁300. Марка по водонепроницаемости бетона должна быть W12.

В настоящее время бетон для шпал и брусьев изготавливается из смеси портландцемента, песка 1 класса, щебня из изверженных пород марки не менее 1200 и метаморфических горных пород марки не менее 1000 с наибольшей крупностью 20 мм и суперпластификаторов на основе нафталинформальдегидов или эфиров поликарбоксилатов или полиарилата. При изготовлении шпал и брусьев используется тепловлажностная обработка (ТВО) бетона в специальных пропарочных камерах при температурах среды в них до 65°С. Применение указанного режима ТВО позволяет обеспечить необходимую производительность технологических линий.

Недостатком применения данных режимов ТВО с разогревом бетонной смеси является образование напряжений в бетоне и как следствие возможное появление дефектов в виде трещин при эксплуатации шпал и снижению их долговечности.

Известна композиция, содержащая полуупорядоченный гидросиликат кальция, в состав которой входит гидравлическое вяжущее или латентное гидравлическое вяжущее. Причем композиция содержит минеральный компонент и полимерный водорастворимый диспергатор, где молярное отношение кальция к кремнию в минеральном компоненте находится в диапазоне от 0,5 до 2,5, при этом минеральный компонент содержит полуупорядоченный гидросиликат кальция, имеющий кажущийся размер кристаллитов 15 нм или меньше (по патенту RU2763283, кл. С04В 22/00, С04В 103/14, С04В 40/00, опубл. 28.12.21).

Известна содержащая пластифицирующую добавку композиция, предпочтительно водная суспензия добавки-ускорителя твердения, содержащая растворимый в воде гребенчатый полимер, подходящий в качестве пластифицирующей добавки для гидравлических вяжущих веществ, и частицы гидросиликата кальция с диаметром частицы меньше чем 500 нм, предпочтительно меньше чем 300 нм, более предпочтительно меньше чем 200 нм. При этом размеры частиц гидросиликата кальция были измерены посредством аналитического ультрацентрифугирования (по патенту RU2520105, кл. С04В 28/02, С04В 22/08, С04В 24/24, опубл. 20.06.14).

Известна композиция, включающая 5-50 мас.% гидрата силиката кальция, 10-60 мас.% по меньшей мере одного водорастворимого, включающего кислотные группы полимера, содержащего полиэфирные группы, и 5-40 мас.% по меньшей мере одного полиалкиленгликолевого простого эфира. Композиция применяется в цементирующих смесях для ускорения развития длительного периода времени диспергирующего действия включающего кислотные группы полимера после добавления воды для затворения и, соответственно, ускоренной формовки смеси (по патенту RU2655333, кл. С04В 28/02, С04В 24/32, С04В 3/34, опубл. 25.05.18).

Все известные композиции содержат гидросиликат кальция. Однако состав смеси и концентрация гидросиликата кальция подобраны таким образом, чтобы обеспечить ускоренное затвердевание бетона, и не направлены на уменьшение количества дефектов (трещин, пор) в полученных изделиях.

Наиболее близким техническим решением является добавка, повышающая прочность, и способ её применения. В патенте раскрыты составы и изделия из бетона и фиброцемента, содержащие гидрат силиката кальция низкой плотности, и способы получения этих составов и изделий. Описанные составы демонстрируют ускоренное время отверждения. Другие преимущества раскрытых рецептур включают улучшенную стабильность размеров экструдированных изделий, уменьшение растрескивания и уменьшение вымывания при применении под водой (по патенту US7041167, кл. С04В 28/02, С04В 24/32, С04В 3/34, опубл. 09.05.06).

Недостатком данного решения является необходимость использовать режим ТВО при температуре 180°С. Это сильно усложняет технологический процесс изготовления изделий из бетона, так как требует высоких энергозатрат, а также применения специальных высокотемпературных камер. Кроме того, в патенте не конкретизирована воздухововлекающая добавка.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемое изобретение, заключается в повышении прочности на сжатие, водонепроницаемости, морозостойкости и, как следствие, ресурса, получаемых из сырьевой смеси бетонных изделий, за счет обеспечения регулируемой кинетики гидратации и нормируемого воздухововлечения при их изготовлении.

Указанный технический результат достигается тем, что железобетонное изделие получено из бетонной смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, химические добавки – пластификатор, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, воздухововлекающую добавку, и воду, причем пластификатор представлять собой водный раствор с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата, добавка, регулирующая кинетику набора прочности, представляет собой раствор плотностью 1240 ±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция (CSH), воздухововлекающая добавка представляет собой водный раствор плотностью 1020±20 кг/м³ на основе фумарированной канифоли, при этом компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%: портландцемент 17,0-19,7; песок 20,4-30,0; щебень 42,0-52,8; указанный пластификатор 0,05-0,16; указанная добавка, регулирующая кинетику набора прочности, 0,50-0,56, указанная воздухововлекающая добавка 0,04-0,12; вода – остальное.

Железобетонное изделие изготавливается способом, который заключается в установке в форму пакета арматурных стержней или проволоки, которые предварительно натягивают, создавая напряженное состояние, смешивании компонентов бетонной смеси, заливке смеси в указанную форму с последующим ее твердением, бетонная смесь содержит портландцемент, песок, щебень, химические добавки – пластификатор, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, воздухововлекающую добавку, и воду, причем пластификатор представлять собой водный раствор с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата, добавка, регулирующая кинетику набора прочности, представляет собой раствор плотностью 1240±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция (CSH), воздухововлекающая добавка представляет собой водный раствор плотностью 1020±20 кг/м³ на основе фумарированной канифоли, при этом компоненты смешиваются в следующем соотношении, мас.%: портландцемент 17,0-19,7; песок 20,4-30,0; щебень 42,0-52,8; указанный пластификатор 0,05-0,16; указанная добавка, регулирующая кинетику набора прочности, 0,50-0,56, указанная воздухововлекающая добавка 0,04-0,12; вода – остальное.

Кроме того, песок предпочтительно может иметь модуль крупности от 2 до 3,25.

Кроме того, щебень может быть с наибольшей крупностью 20 мм из изверженных пород марки не менее 1200 и/или метаморфических горных пород марки не менее 1000.

Описанную сырьевую смесь используют для изготовления железобетонных изделий, например, шпал и брусьев. Портландцемент, песок, щебень, химические добавки - пластификатор, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, и воздухововлекающую добавку смешивают в указанных пропорциях. Добавляют необходимое количество воды, перемешивают и заполняют полученной массой формы. Перед этим производится операция армирования форм. В форме устанавливают пакет арматурных стержней или проволоки, которые предварительно натягивают, создавая напряженное состояние. После заливки бетонной массы в формы производят их тепловлажностную обработку (ТВО) в специальных пропарочных камерах при температуре до +50°С и заданных параметрах влажности или по беспрогревной технологии для набора бетоном прочности и получения готовых изделий.

Применение сырьевой смеси из компонентов смешанных в пропорциях, указанных в изобретении, а также использование добавки, регулирующей кинетику набора прочности, на основе раствора плотностью 1240±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция (CSH), позволяет обеспечить регулируемую кинетику гидратации, в результате чего снижаются напряжения в бетоне и достигается необходимая прочность и водонепроницаемость получаемых бетонных изделий, снижается вероятность возникновения дефектов (микродефектов). А применение воздухововлекающей добавки на основе водного раствора фумарированной канифоли плотностью 1020±20 кг/м³ позволяет обеспечить нормированное воздухововлечение с образованием в получаемом бетоне закрытых пор размером от 10 мкм до 300 мкм, благодаря которым обеспечиваются высокие характеристики морозостойкости.

Химическая добавка в виде водного раствора с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата выполняет роль пластификатора и делает получаемую из смеси массу более пластичной, благодаря чему исключается появление слишком больших пор и трещин.

Для уменьшения количества дефектов и получения равномерного расположения закрытых пор в теле бетона предпочтительно использовать песок с модулем крупности от 2 до 3,25 и щебень с наибольшей крупностью 20 мм.

Таким образом, решения, используемые в изобретении, повышают морозостойкость получаемых из сырьевой смеси бетонных изделий за счет обеспечения нормируемого воздухововлечения при их изготовлении и тем самым обеспечивают достижение технического результата.

Группа изобретений относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления железобетонных шпал и брусьев. Железобетонное изделие получено из бетонной смеси, содержащей, мас.%: портландцемент 17,0-19,7, песок 20,4-30,0, щебень 42,0-52,8, пластификатор 0,05-0,16, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, 0,50-0,56, воздухововлекающую добавку 0,04-0,12, воду – остальное. При этом пластификатор представляет собой водный раствор с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата. Добавка, регулирующая кинетику набора прочности, представляет собой раствор плотностью 1240±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция. Воздухововлекающая добавка представляет собой водный раствор плотностью 1020±20 кг/м³ на основе фумарированной канифоли. Способ изготовления железобетонного изделия включает установку в форму пакета арматурных стержней или проволоки, которые предварительно натягивают, создавая напряженное состояние, смешивание компонентов бетонной смеси, заливку смеси в указанную форму с последующим ее твердением. Технический результат – повышение прочности на сжатие, водонепроницаемости, морозостойкости железобетонного изделия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

1. Железобетонное изделие, полученное из бетонной смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, химические добавки - пластификатор, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, воздухововлекающую добавку, и воду, отличающееся тем, что пластификатор представляет собой водный раствор с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата, добавка, регулирующая кинетику набора прочности, представляет собой раствор плотностью 1240±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция, воздухововлекающая добавка представляет собой водный раствор плотностью 1020±20 кг/м³ на основе фумарированной канифоли, при этом компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%:

портландцемент 17,0-19,7 песок 20,4-30,0 щебень 42,0-52,8 указанный пластификатор 0,05-0,16 указанная добавка, регулирующая кинетику набора прочности 0,50-0,56 указанная воздухововлекающая добавка 0,04-0,12 вода остальное

2. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что песок имеет модуль крупности от 2 до 3,25.

3. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что используют щебень с наибольшей крупностью 20 мм из изверженных пород марки не менее 1200 и/или метаморфических горных пород марки не менее 1000.

4. Способ изготовления железобетонного изделия, включающий установку в форму пакета арматурных стержней или проволоки, которые предварительно натягивают, создавая напряженное состояние, смешивание компонентов бетонной смеси, заливку смеси в указанную форму с последующим ее твердением, бетонная смесь содержит портландцемент, песок, щебень, химические добавки - пластификатор, добавку, регулирующую кинетику набора прочности, воздухововлекающую добавку и воду, отличающийся тем, что пластификатор представляет собой водный раствор с плотностью 1240±30 кг/м³ на основе эфиров поликарбоксилата и/или полиарилата, добавка, регулирующая кинетику набора прочности, представляет собой раствор плотностью 1240±30 кг/м³ на основе суспензии, содержащей синтетически полученные наночастицы кристаллического гидрата силиката кальция, воздухововлекающая добавка представляет собой водный раствор плотностью 1020±20 кг/м³ на основе фумарированной канифоли, при этом компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%:

портландцемент 17,0-19,7 песок 20,4-30,0 щебень 42,0-52,8 указанный пластификатор 0,05-0,16 указанная добавка, регулирующая кинетику набора прочности 0,50-0,56 указанная воздухововлекающая добавка 0,04-0,12 вода остальное

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что песок имеет модуль крупности от 2 до 3,25.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что используют щебень с наибольшей крупностью 20 мм из изверженных пород марки не менее 1200 и/или метаморфических горных пород марки не менее 1000.